Ліхтарыкі і батарэі
Гэты ўрок даследуе, як працуе ліхтарык, паказваючы электрычную схему і функцыі выключальніка гэтага штодзённага прадмета хатняга ўжытку. Студэнты даведаюцца, як працуюць батарэі, як яны забяспечваюць харчаванне простай схемы ў межах простага ліхтарыка і як выключальнік кіруе патокам электронаў. Студэнты працуюць у камандах, каб разабраць ліхтарык і намаляваць схему схемы ліхтарыка.
- Даведайцеся, як выключальнікі кіруюць патокам электрычнасці.
- Навучыцеся маляваць асноўныя электрычныя схематычныя схемы.
- Даведайцеся, як працуе электрычная схема і акумулятар у ліхтарыку.
- Даведайцеся аб сумеснай працы і працы ў групах.
Узроставыя ўзроўні: 8-11
Будаўнічыя матэрыялы
Неабходныя матэрыялы
- ліхтарык
- 2 D батарэі
- 2 перамыкачы
Design Challenge
Вы - каманда інжынераў, якім пастаўлена задача разабраць і зноўку сабраць ліхтарык, каб ён спрацаваў. Затым вы распрацуеце і намалюеце схему палепшанага ліхтарыка (новыя матэрыялы, некалькі лямпачак, дадатковыя батарэі) і падзеліцеся сваім дызайнам з класам.
- Разбіце клас на каманды па 3-4 чалавекі.
- Раздайце ліст ліхтарыкаў і батарэй, а таксама некалькі лістоў паперы для эскізавання малюнкаў.
- Абмяркуйце тэмы ў раздзеле "Асноўныя канцэпцыі". Пакажыце вучням спраўны ліхтарык і растлумачце, як выключальнік ліхтарыка кіруе патокам электрычнасці па ўсёй схеме ліхтарыка.
- Перадайце кожнай камандзе свае матэрыялы.
- Папытаеце каманды разабраць і зноў сабраць ліхтарык, каб ён спрацаваў.
- Папрасіце каманды намаляваць схему электрычнай схемы для ліхтарыка ў становішчы "ўключана".
- Затым студэнцкія каманды распрацоўваюць палепшаны ліхтарык і малююць іншую электронную схему для новага дызайну. (Ідэі: новыя матэрыялы, некалькі лямпачак, дадатковыя батарэі)
- Каманды прадстаўляюць класу свой новы дызайн.
- Для атрымання дадатковай інфармацыі па гэтай тэме глядзіце раздзел «Капаць глыбей».
Змена часу
Урок можна прайсці ўсяго за 1 клас для старэйшых школьнікаў. Аднак, каб дапамагчы студэнтам не адчуваць прыспешлівасці і забяспечыць поспех студэнтаў (асабліва для малодшых школьнікаў), падзеліце ўрок на два перыяды, даючы студэнтам больш часу на мазгавы штурм, тэставанне ідэй і дапрацоўку іх дызайну. Правядзіце тэставанне і аналіз у наступны класны час.
Што такое простая схема?
Простая схема
Простая схема складаецца з трох мінімальных элементаў, неабходных для завяршэння функцыянавання электрычнай ланцуга: крыніцы электрычнасці (батарэя), шляху або правадыра, па якім цячэ электрычнасць (провад), і электрычнага рэзістара (лямпы), які з'яўляецца любой прыладай, якая патрабуе электрычнасць для працы. На малюнку ніжэй паказана простая схема, якая змяшчае адну батарэю, два драты, выключальнік і лямпачку. Паток электраэнергіі ідзе ад клемы батарэі з высокім патэнцыялам (+) праз лямпачку (запальваючы яе), і назад да адмоўнай (-) клемы, у пастаянным патоку, калі выключальнік уключаны, так што ток можа цячы.
Прынцыповая схема простай схемы
Ніжэй прыводзіцца схематычная схема простай схемы, якая паказвае электронныя сімвалы для батарэі, выключальніка і лямпачкі.
Імітацыя камутатара
Імітацыя камутатара шляхам адлучэння провада або дадання алоўка
Ёсць некалькі спосабаў імітацыі перамыкача ў простай схеме. Простае выдаленне і замена провада ад лямпы можа служыць у якасці перамыкача. Яшчэ адзін просты перамыкач можна зрабіць, прыклаўшы канец аднаго з правадоў да канца гумкі алоўка з дапамогай гумкі. Затым прыкладзеце яшчэ адну гумку да другога канца алоўка і, проста паклаўшы другі канец на - а затым ад - злучальнага провада, вы стварылі выключальнік. Іншыя тыпы праваднікоў таксама могуць быць выкарыстаны ў канструкцыі выключальнікаў, напрыклад, алюмініевая фальга, заколкі, сашчэпкі, зашпількі для паперы і некаторыя металічныя ручкі.
Акумулятары і ліхтарыкі
Гісторыя батарэі
Першую батарэю прадэманстраваў у 1800 годзе граф Алесандра Вольта. Яго эксперыменты паказалі, што розныя металы, якія кантактуюць адзін з адным, могуць ствараць электрычнасць. Ён пабудаваў стос цынкавых дыскаў, якія чаргуюцца з промокательной паперай, прасякнутай салёнай вадой і срэбрам або меддзю. Калі драты з двух розных металаў былі прымацаваны да верхняга і ніжняга дыскаў, Вольта змог вымераць напружанне і ток. Ён таксама выявіў, што чым вышэй ворс, тым вышэй напружанне. Ток утвараецца з-за хімічнай рэакцыі, якая ўзнікае з-за розных магчымасцей прыцягнення электронаў двух металаў. Дадатковую інфармацыю пра гісторыю зараду акумулятара можна знайсці ў Вікітэхнічнай і тэхналагічнай гісторыі Wiki (https://ethw.org/Batteries).
Гісторыя ліхтарыка
У 1890-я гады заснавальнік амерыканскай кампаніі Ever-Ready Conrad Hubert вынайшаў электрычны ручны ліхтарык. Губерт атрымаў патэнт на першы ліхтарык Eveready ў 1898 г. Першыя ліхтарыкі Губерта былі зроблены з папяровых і валакністых труб з колбай і латуневым адбівальнікам. У той час батарэі былі вельмі слабымі, а лямпачкі яшчэ развіваліся, таму першыя ліхтарыкі выдавалі толькі кароткі «ўспышка» святла - што і дало вынаходству назву.
Як працуюць ліхтарыкі
У ліхтарыка ёсць сем асноўных кампанентаў:
- Корпус або трубка: змяшчае ўсе астатнія кампаненты ліхтарыка.
- Кантакты: тонкая спружына або металічная паласа, звычайна зробленая з медзі або латуні, якая служыць у якасці злучэння паміж батарэяй, лямпай і выключальнікам.
- Выключальнік: можа знаходзіцца ў становішчы ўключэння або выключэння.
- Адбівальнік: пластык, пакрыты святлоадбівальным пластом алюмінія, які дапамагае асвятліць эфектыўны святло лямпы.
- Цыбуліна: звычайна вельмі маленькая.
- Аб'ектыў: пластыкавая вечка перад лямпай для абароны лямпы, якую можна лёгка разбіць.
- Акумулятары: падайце ліхтарык на харчаванне.
Калі выключальнік знаходзіцца ў становішчы "уключана", ён злучае дзве скарачальныя палоскі, якія дазваляюць працякаць электронам. Батарэі забяспечваюць харчаванне ліхтарыка і сядзяць на невялікай спружыне, якая падключаецца да адной з кантактных палос. Гэтая кантактная паласа праходзіць па ўсёй даўжыні корпуса і кантактуе з выключальнікам. Іншая кантактная паласа злучае выключальнік з лямпачкай. Нарэшце, іншы кантакт злучае лямпачку з верхняй батарэяй, завяршаючы ланцуг.
- Батарэя: прылада, якая можа назапашваць электрычнасць.
- Ланцуг: Поўны шлях, вакол якога можа цячы электрычнасць.
- Абмежаванні: абмежаванні з матэрыялам, часам, памерам каманды і г.д.
- Крытэрыі: умовы, якім павінен задавальняць дызайн, напрыклад, агульны памер і г.д.
- Электронны паток: электрычнасць.
- Інжынеры: вынаходнікі і вырашальнікі праблем свету. Дваццаць пяць асноўных спецыяльнасцей прызнаны ў інжынерыі (гл. інфаграфіку).
- Працэс інжынернага праектавання: інжынеры-тэхнолагі выкарыстоўваюць для вырашэння праблем.
- Інжынерныя звычкі розуму (EHM): шэсць унікальных спосабаў мыслення інжынераў.
- Ітэрацыя: тэставанне і рэдызайн - гэта адна ітэрацыя. Паўтор (некалькі паўтораў).
- Прататып: рабочая мадэль рашэння для тэставання.
- Схематычная схема: схема, якая паказвае электронныя сімвалы схемы.
- Простая схема: складаецца з трох мінімальных элементаў, неабходных для завяршэння функцыянавання электрычнай ланцуга: крыніцы электрычнасці (батарэі), шляху або правадыра, па якім цячэ электрычнасць (провад) і электрычнага рэзістара (лямпы), які ўяўляе сабой любую прыладу, якая патрабуе электрычнасць для працы.
- Пераключальнік: прылада для стварэння, разрыву або змены злучэнняў у электрычнай ланцугу.
Падключэнне да Інтэрнэту
Рэкамендуемы літаратура
- Серыя відавочцаў DK: Электрычнасць (ISBN: 0751361321)
- Электрычнасць відавочцы, Стыў Паркер (DK Publishing, ISBN: 0789455773)
- Як працуе навука, Джудзіт Хан (Readers Digest, ISBN: 0762102497)
- Кніга акумулятараў і магнітаў Усборн (Як зрабіць серыю), Пола Бортан, Вікі Пячора (Публікацыі EDC, ISBN: 074602083X)
Пісьменніцкая дзейнасць
Напішыце сачыненне або абзац, у якім апісваецца, як працуюць ліхтарыкі з рукавамі
Прывядзенне ў адпаведнасць з рамкамі навучальных праграм
нататка: Планы ўрокаў гэтай серыі ўзгадняюцца з адным або некалькімі з наступных набораў стандартаў:
- Стандарты навуковай адукацыі ЗША (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Навуковыя стандарты наступнага пакалення ЗША (http://www.nextgenscience.org/)
- Стандарты Міжнароднай тэхналагічнай адукацыйнай асацыяцыі тэхналагічнай пісьменнасці (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Прынцыпы і стандарты школьнай матэматыкі Нацыянальнага савета настаўнікаў матэматыкі ЗША (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Агульныя асноўныя дзяржаўныя стандарты ЗША па матэматыцы (http://www.corestandards.org/Math)
- Стандарты інфарматыкі K-12 Асацыяцыі настаўнікаў інфарматыкі (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Нацыянальныя стандарты навуковай адукацыі К-4 класы (ва ўзросце 4-9)
ЗМЕСТ СТАНДАРТ А: Навука як запыт
У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца
- Здольнасці, неабходныя для правядзення навуковых даследаванняў
- Разуменне навуковых пошукаў
ЗМЕСТ СТАНДАРТ Б: Фізічныя навукі
У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны сфарміраваць разуменне
- Святло, цяпло, электрычнасць і магнетызм
ЗМЕСТ СТАНДАРТ E: Навука і тэхніка
У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца
- Разуменне навукі і тэхнікі
Нацыянальныя стандарты навуковай адукацыі 5-8 класы (10-14 гадоў)
ЗМЕСТ СТАНДАРТ А: Навука як запыт
У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца
- Здольнасці, неабходныя для правядзення навуковых даследаванняў
- Разуменне навуковых пошукаў
ЗМЕСТ СТАНДАРТ Б: Фізічныя навукі
У выніку сваёй дзейнасці ва ўсіх вучняў павінна скласціся разуменне
- Перадача энергіі
ЗМЕСТ СТАНДАРТ E: Навука і тэхніка
У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца
- Разуменне навукі і тэхнікі
Навуковыя стандарты наступнага пакалення-3-5 класы (узрост 8-11)
Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:
- 4-PS3-4. Ужывайце навуковыя ідэі для распрацоўкі, тэсціравання і ўдасканалення прылады, якая пераўтворыць энергію з адной формы ў іншую.
Стандарты тэхналагічнай пісьменнасці - усе стагоддзі
дызайн
- Стандарт 8: Студэнты будуць развіваць разуменне атрыбутаў дызайну.
- Стандарт 9: Студэнты будуць развіваць разуменне інжынернага праектавання.
- Стандарт 10: Студэнты выпрацуюць разуменне ролі ліквідацыі непаладак, даследаванняў і распрацовак, вынаходніцтваў і інавацый і эксперыментаў у вырашэнні праблем.
Намалюйце прынцыповую схему канструкцыі схемы для стандартнага ліхтарыка ў становішчы "уключана" ў поле ніжэй.
|
Намалюйце прынцыповую схему вашага палепшанага ліхтарыка ў поле ніжэй.
|